離心式通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)和選型手冊(cè)范本

1、離心式通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)通風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)包括氣動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算等內(nèi)容。這一章主要講第一方面，而且通風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)設(shè)計(jì)分相似設(shè)計(jì)和理論設(shè)計(jì)兩種方法。相似設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單，可靠，在工業(yè)上廣泛使用。 而理論設(shè)講方法用于設(shè)計(jì)新系列的通風(fēng)機(jī)。本章主要敘述離心通風(fēng)機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)的一般方法。離心通風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)中根據(jù)給定的條件: 容積流量，通風(fēng)機(jī)全壓，工作介質(zhì)及其密度，以用其他要求，確定通風(fēng)機(jī)的主要尺寸，例如，直徑及直徑比，轉(zhuǎn)速n, 進(jìn)出口寬度和，進(jìn)出口葉片角和，葉片數(shù)Z，以及葉片的繪型和擴(kuò)壓器設(shè)計(jì)，以保證通風(fēng)機(jī)的性能。對(duì)于通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)的要求是：（1）滿足所需流量和壓力的工況點(diǎn)應(yīng)在最高效率點(diǎn)附近；（2）最高效率要高，效率曲

2、線平坦；（3）壓力曲線的穩(wěn)定工作區(qū)間要寬；（4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性能好；（5）足夠的強(qiáng)度，剛度，工作安全可靠；（6）噪音低；（7）調(diào)節(jié)性能好；（8）尺寸盡量小，重量經(jīng)；（9）維護(hù)方便。對(duì)于無(wú)因次數(shù)的選擇應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）為保證最高的效率，應(yīng)選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)闹祦?lái)設(shè)計(jì)。（2）選擇最大的值和低的圓周速度，以保證最低的噪音。（3）選擇最大的值，以保證最小的磨損。（4）大時(shí)選擇最大的值。1 葉輪尺寸的決定圖 3-1 葉輪的主要參數(shù):圖 3-1 為葉輪的主要參數(shù): 葉輪外徑: 葉輪進(jìn)口直徑；: 葉片進(jìn)口直徑；: 出口寬度； : 進(jìn)口寬度；: 葉片出口安裝角；: 葉片進(jìn)口安裝角；Z:葉片數(shù)；: 葉片前盤傾斜

3、角；一最佳進(jìn)口寬度在葉輪進(jìn)口處如果有迴流就造成葉輪中的損失，為此應(yīng)加速進(jìn)口流速。一般采用， 葉輪進(jìn)口面積為，而進(jìn)風(fēng)口面積為，令為葉輪進(jìn)口速度的變化系數(shù)，故有：由此得出： (3-1a)考慮到輪轂直徑引起面積減少，則有： (3-1b)其中在加速 20% 時(shí)，即 , (3-1c)圖 3-2 加速 20% 的葉輪圖圖 3-2 是這種加速20% 的葉輪圖。近年來(lái)的研究加速不一定是必需的，在某些情況下減速反而有利。二最佳進(jìn)口直徑由水力學(xué)計(jì)算可以知道，葉道中的損失與速度的平方成正比，即。為此選擇在一定的流量和轉(zhuǎn)速條件下合適的，以使為最小。首先討論葉片厚度的影響。如圖3-3，由于葉片有一定厚度；以及折邊的存在

4、，這樣使進(jìn)入風(fēng)機(jī)的流速?gòu)脑黾又?，即：圖 3-3 葉片厚度和進(jìn)出口的阻塞系數(shù)計(jì)算用和分別表示進(jìn)出口的阻塞系數(shù)： (3-2a)式中為節(jié)距，為切向葉片厚度同理那么進(jìn)出口的徑向速度為：當(dāng)氣流進(jìn)入葉輪為徑向流動(dòng)時(shí)，, 那么： (3-2b)為了使最小， 也就是損失最小， 應(yīng)選用適當(dāng)?shù)摹?當(dāng)過(guò)大時(shí)， 過(guò)小，但加大很多， 使 （3-2c ）式右邊第二項(xiàng)過(guò)大，加大。當(dāng)過(guò)小時(shí)，（ 3-2c ）式右第二項(xiàng)小，第一項(xiàng)會(huì)過(guò)大，總之在中間值時(shí)，使最小，即考慮到進(jìn)口20% 加速系數(shù)，及輪轂的影響，的表達(dá)式為（3-1b ）式 , 代入 (3-2c) 式為： (3-3c)對(duì)式 (3-3) 求極小值，得出的優(yōu)化值為： (3-4a

5、)出口直徑不用上述類似的優(yōu)化方法，只要選用合適的即可: (3-4b)即： (3-4c)也可以根據(jù)，求出 (3-4d)三進(jìn)口葉片角1.徑向進(jìn)口時(shí)的優(yōu)化值同一樣，根據(jù)為最小值時(shí)，優(yōu)化計(jì)算進(jìn)口葉片角。當(dāng)氣流為徑向進(jìn)口時(shí)，, 且均布，那么從進(jìn)口速度三角形（令進(jìn)口無(wú)沖擊=）代入值后得出值，最后得出： (3-5)求極值，即 (3-6a)這就是只考慮徑向進(jìn)口時(shí)的優(yōu)化值。把（ 3-6a）式代入 (3-4a) 至(3-4d) 式： (3-6b)進(jìn)而當(dāng)時(shí)： (3-6c)或者： (3-6d)2.當(dāng)葉輪進(jìn)口轉(zhuǎn)彎處氣流分布不均勻時(shí)的優(yōu)化值。圖 3-4，葉片進(jìn)口處速度分布不均勻，在前盤處速度大小為和，比該面上的平均值要大

6、，設(shè)那么此外：當(dāng)時(shí)： (3-7a)進(jìn)而采用近似公式: 其中為葉輪前盤葉片進(jìn)口處的曲率半徑。計(jì)算出來(lái)的角比小一些。如下表所示：: 0.2 0.4 1.0 2.0 3.0 4.0: 0.952 0.88 0.74 0.58 0.472 0.424: 那么 (3-7b)式中為的平均值。圖 3-4 葉片進(jìn)口處和分布不均勻圖 3-5 進(jìn)口速度三角3.當(dāng)氣流進(jìn)入葉片時(shí)有預(yù)旋，即：由圖 3-5 進(jìn)口速度三角形可以得出：求極值后： (2-8a)可以看出當(dāng)氣流偏向葉輪旋轉(zhuǎn)方向時(shí)（正預(yù)旋），將增大，同時(shí)得到：4.葉輪的型式不同時(shí)有所區(qū)別一般推薦葉片進(jìn)口角稍有一個(gè)較小的沖角。后向葉輪中葉道的摩擦等損失較小，此時(shí)的選

7、擇使葉輪進(jìn)口沖擊損失為最小。沖角一般后向葉輪：對(duì)于前向葉輪，由于葉道內(nèi)的分離損失較大，過(guò)小的進(jìn)口安裝角導(dǎo)片彎曲度過(guò)大，分離損失增加。較大的安裝角雖然使進(jìn)口沖擊損失加大，但是流道內(nèi)的損失降低，兩者比較，效率反而增高。一般前向葉輪：當(dāng)時(shí)，甚至。四葉輪前后盤的圓角和葉片進(jìn)口邊斜切設(shè)計(jì)中，在可能情況下盡量加大葉輪前后盤的圓角半徑r 和 R（圖 3-1 ）。葉片進(jìn)口邊斜切是指前盤處葉片進(jìn)口直徑大于后盤處的直徑，以適應(yīng)轉(zhuǎn)彎處氣流不均勻現(xiàn)象。如果葉片進(jìn)口與軸平行，如圖3-6(a) 所示，在進(jìn)口邊各點(diǎn)是相同的。但該處氣流速度不均勻， 而周速相同。 故氣流角不同， 這樣就無(wú)法使葉片前緣各點(diǎn)的氣流毫無(wú)沖擊地進(jìn)入葉

8、輪。為此將葉片進(jìn)口邊斜切（見(jiàn)圖3-6(b) ）, 靠近前盤處的大，且其亦大，而靠近后盤小，且亦小。使氣流良好地進(jìn)入葉道。前向葉輪，進(jìn)口氣流角是根據(jù)葉片彎曲程度來(lái)考慮的，故不做成斜切。圖 3-6 葉輪前后盤的圓角和葉片進(jìn)口邊斜切五葉片數(shù) Z的選擇葉片數(shù)太少，一般流道擴(kuò)散角過(guò)大，容易引起氣流邊界層分離，效率降低。葉片增加，能減少出口氣流偏斜程度，提高壓力。 但過(guò)多的葉片會(huì)增加沿程摩阻損失和葉道進(jìn)口的阻塞，也會(huì)使效率下降。根據(jù)試驗(yàn)，葉片間流道長(zhǎng)度l 為流道出口寬度a 的 2 倍，且 l 為, 由幾何關(guān)系：那么 (3-9)出口角大的葉輪，其葉道長(zhǎng)度較短就容易引起當(dāng)量擴(kuò)張角過(guò)大，應(yīng)采用較多葉片。出口角小

9、時(shí)，葉道較長(zhǎng)，應(yīng)采用較少葉片。同時(shí)較小時(shí)，Z 也少一些為好，以免進(jìn)口葉片過(guò)于稠密。對(duì)于后向葉輪：當(dāng)Z=812個(gè)時(shí)，采用機(jī)翼型及弧型葉片，當(dāng)Z=1216時(shí)，應(yīng)采用直線型葉片。對(duì)于前向葉輪，Z=1216.六葉片進(jìn)出口寬度1. 后向葉輪一般采用錐形圓弧型前盤，對(duì)于一定流量葉輪，過(guò)小則出口速度過(guò)大，葉輪后的損失增大，而過(guò)大，擴(kuò)壓過(guò)大，導(dǎo)致邊界層分離，所以的大小要慎重決定。由于 (3-10a)上式表明，在一定的時(shí)，值與成正比，對(duì)于一定的葉輪過(guò)大，出口速度大，葉輪后損失增大，反之過(guò)小，擴(kuò)壓度過(guò)大。試驗(yàn)證明，不同的，值不同，即 (3-10b)然后，利用 (3-10a) 式可計(jì)算出。后向葉輪的進(jìn)口處寬度，一般

10、可近似計(jì)算： (3-10c)2. 前向葉輪進(jìn)口處參數(shù)影響很大。其葉片入口處寬度應(yīng)比公式計(jì)算出的大一些。例如當(dāng)前向葉輪采用平直前盤時(shí)：，若采用錐形前盤，必須正確選用前盤傾斜角，即 0.30.4 0.450.55 0.5根據(jù)值及，可決定。圖 3-7 前盤形狀葉片形狀的確定離心式通風(fēng)機(jī)主要參數(shù)及Z 已知后， 就可以繪制葉片的形狀，葉片的形狀有很多選擇。一平直葉片平直葉片是最簡(jiǎn)單的葉片型式，根據(jù)圖3-8 ，由正弦定理： (3-11)上式表明 , 和之間滿足 (3-11) 式，不能同時(shí)任意選擇。例如：: 0.3 0.5 0.7( 當(dāng)時(shí)): 圖 3-8 平直葉片二圓弧型葉片圓弧型葉片分單圓弧和多圓弧，一般

11、多采用單圓弧。在設(shè)計(jì)中，一般先求出,Z 等，根據(jù)已知條件確定葉片圓弧半徑的大小，和該圓弧的中心位置P，以及圓弧所在半徑。圖 3-9a 后向圓弧葉片圖 3-9 b前向圓弧葉片圖 3-9 c 徑向葉片1.后向葉片圓弧如圖3-9a 所示，已知在和中， P0為公共邊：由余弦公式： (3-12a) (3-12b)葉片長(zhǎng)度l ：2.前向葉輪圓弧葉片 (3-13a) (3-13b)3.徑向葉片見(jiàn)圖3-9c (3-14a) (3-14b)三. 葉片流道的決定對(duì)于直葉片和圓弧葉片，其進(jìn)口不能很準(zhǔn)確地成型，所以在某些情況下會(huì)產(chǎn)生過(guò)高的前緣葉片壓力，從而導(dǎo)致了氣流的分離。最好在進(jìn)口有一段無(wú)功葉片，或用近似的圓弧表示

12、。這種無(wú)功近似圓弧如圖3-10 所示：從 1 點(diǎn)引出的無(wú)功圓弧的半徑r 等于從該點(diǎn)引出的對(duì)數(shù)曲線的曲率半徑。圖解時(shí)，連接 01 兩點(diǎn)，做角，過(guò)0 點(diǎn)做的垂線，交于角的另一邊為A點(diǎn)，以為半徑做圓弧，弧段為無(wú)功葉片， e 點(diǎn)的以后用拋物線，或者曲線板延長(zhǎng)，而且保證出口角為即可。流道畫出以后，檢查過(guò)流斷面，過(guò)流斷面變化曲線的斜率不能大于，否則的話，擴(kuò)散度過(guò)在，造成較大的邊界層損失，甚至分離。一般葉片較少時(shí)，用圓弧葉片還是合理的。圖 3-10 無(wú)功葉片及過(guò)流斷面檢查圖 3-11 無(wú)功葉片的形狀以下用解析法做幾種情況的無(wú)功葉片：無(wú)功葉片就是環(huán)量不變的葉片，即保持常數(shù)（或保持常數(shù)）的葉片，用下標(biāo)”0”表示

13、進(jìn)口，則：由于 (3-15)上式為無(wú)功葉片的方程.（1）情況，這時(shí)前盤為雙曲線，即 (3-16a)積分后： (3-16b)如果進(jìn)口無(wú)預(yù)旋： (3-16c) (3-16d)（2） (3-17a)當(dāng)時(shí) (3-17b)圖 3-12 葉片基元四. 葉片造型的解析法和圖解法1.減速葉片間流道由于風(fēng)機(jī)葉輪中的流動(dòng)為逆壓梯度，易造成邊界層的脫流，而造成過(guò)大的邊緣失。如果使相對(duì)流速w的減少呈線性關(guān)系，那么在葉輪中就不會(huì)造成過(guò)大的逆壓梯度。圖 3-12 中的一個(gè)葉片基元，分解成（徑向）和（周向）兩個(gè)分量： (3-18a)這就可以利用w代替進(jìn)行葉片繪形。如果采用等減速流道，即 (3-18b)可以看出對(duì)于等減速流道

14、，w的分布曲線是一條拋物線，其中有幾種情況可以得到解析解。a.等徑向速度流道當(dāng)軸面流道的關(guān)系為br=常數(shù)時(shí)， =常數(shù)。把 (3-18a) 式代入 (3-18b) 式：為常數(shù)，積分而得到速度分布為： (3-19)此時(shí) w沿半徑是線性分布的。b.=常數(shù)的等角螺線葉片： (3-20)c.= 常數(shù)同時(shí) =常數(shù)， w也必為常數(shù)。見(jiàn)圖3-13 所示。同時(shí)：那么壓力系數(shù)： (3-21)只與幾何尺寸，即有關(guān)。d. 等寬度葉道， b=常數(shù)由于：常數(shù)那么 : (3-21)圖 3-132.等減速葉片的圖解法。在一般情況，由式(3-18b) 得到：積分后 : (3-22)積分常數(shù)為：那么已知w和，就可以求出，進(jìn)而利用

15、：可利用圖解法繪型葉片。例如：令 , 代入方程中：得到若令 =常數(shù)： (3-23)當(dāng)及已知時(shí)，可以求出和w，進(jìn)而求出，即可進(jìn)行葉片繪型。即先用數(shù)值方法計(jì)算出，然后圖解繪圖。例如：時(shí)可列表計(jì)算：r b br 5.5 2.45 13.5 0.223 5.84 336.5 2.06 13.4 0.221 5.79 33.27.5 1.7 12.75 0.212 5.55 34.98.5 1.33 11.30 0.1868 4.48 39.39.5 0.98 9.6 0.1585 4.15 46.3繪型步驟如下：把半徑分成n 分，求出各段中點(diǎn)的w和值，并列入表內(nèi)，就可以求出各段中點(diǎn)的值，根據(jù)，在圖上量

16、取和，從進(jìn)口畫起，就可以得出葉片形狀如圖3-14 所示。以上風(fēng)機(jī)葉片的設(shè)計(jì)是按的線性分布設(shè)計(jì)葉片，同樣可以按葉片角的分布進(jìn)行葉片角的繪型，在水輪機(jī)中還可以按給定的分布進(jìn)行葉片繪型。圖 3-14離心通風(fēng)機(jī)的進(jìn)氣裝置圖 3-15 離心通風(fēng)機(jī)的進(jìn)氣裝置圖 3-16 離心通風(fēng)機(jī)的進(jìn)氣裝置位置圖 3-17 離心通風(fēng)機(jī)的進(jìn)氣形狀一.進(jìn)氣室進(jìn)氣室一般用于大型離心通風(fēng)機(jī)上。倘若通風(fēng)機(jī)進(jìn)口之前需接彎管，氣流要轉(zhuǎn)彎，使葉輪進(jìn)口截面上的氣流更不均勻，因此在進(jìn)口可增設(shè)進(jìn)氣室。進(jìn)氣室裝設(shè)的好壞會(huì)影響性能：1.進(jìn)氣室最好做成收斂形式的，要求底部與進(jìn)氣口對(duì)齊，圖3-15 所示。2.進(jìn)氣室的面積與葉輪進(jìn)口截面之比一般為矩形，

17、為最好。3進(jìn)氣口和出氣口的相對(duì)位壓，對(duì)于通風(fēng)機(jī)性能也有影響。時(shí)為最好，時(shí)最差。如圖3-16所示。二，進(jìn)氣口進(jìn)氣口有不同的形式，如圖3-17 所示。一般錐形經(jīng)筒形的好，弧形比錐形的好，組合型的比非組合型的好。例如錐弧型進(jìn)氣口的渦流區(qū)最小。此外還注意葉輪入口的間隙型式，套口間隙，比對(duì)口間隙形式好。三，進(jìn)口導(dǎo)流器若需要擴(kuò)大通風(fēng)機(jī)的使用范圍和提高調(diào)節(jié)性能，可在進(jìn)氣口或進(jìn)氣室流道裝設(shè)進(jìn)口導(dǎo)流器，分為軸向、徑向兩種?？刹捎闷桨逍危⌒魏蜋C(jī)翼型。導(dǎo)流葉片的數(shù)目為Z=812。圖 3-18 離心通風(fēng)機(jī)的進(jìn)氣導(dǎo)葉導(dǎo)葉設(shè)計(jì)在單極通風(fēng)機(jī)中幾乎不用導(dǎo)葉。主要在壓氣機(jī)中使用，空氣離開(kāi)葉輪后有一個(gè)絕對(duì)速度，與圓周方向的夾角

18、為，因此根據(jù)環(huán)量不變和連續(xù)方程： (3-25)由此可以得出常數(shù)所以，空氣在離開(kāi)葉輪后按對(duì)數(shù)螺線流動(dòng)，其對(duì)數(shù)螺線方程為： (3-26)因此，至少在截面采用對(duì)數(shù)螺線，或用近似的圓弧表示：其曲線曲率半徑：以后部分可用式(3-26) 計(jì)算。流道寬度a+s 為 (3-27)式中， t- 葉片節(jié)距，由于考慮葉片厚度引起流道變窄，可把用表示 (3-28)通風(fēng)機(jī)用的導(dǎo)葉多用直導(dǎo)葉，流道不允許有過(guò)大的擴(kuò)散度，若最大的擴(kuò)壓角為，那么所需最少葉片數(shù)為，如圖3-19 所示。圖 3-19蝸殼設(shè)計(jì)圖 3-20離心通風(fēng)機(jī)蝸殼一，概述蝸殼的作用是將離開(kāi)葉輪的氣體集中，導(dǎo)流，并將氣體的部分動(dòng)能擴(kuò)壓轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓。目前離心通風(fēng)機(jī)普遍

19、采用矩形蝸殼，優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單適于焊接，離心通風(fēng)機(jī)蝸殼寬度B比其葉輪寬度大得多，則氣流流出葉輪后的流道突然擴(kuò)大，流速驟然變化。如圖3-20 所示，為葉輪出口后的氣流速度，為其氣流角（分量為和），蝸殼內(nèi)一點(diǎn)的流速為c，分量為和，為氣流角，半徑為r.二，基本假設(shè)：1，蝸殼各不同截面上所流過(guò)流量與該截面和蝸殼起始截面之間所形成的夾角成正比： (3-29)2，由于氣流進(jìn)入蝸殼以后不再獲得能量，氣體的動(dòng)量矩保持不變。常數(shù) (3-30)三，蝸殼內(nèi)壁型線：圖 3-21 離心通風(fēng)機(jī)蝸殼內(nèi)壁型線根據(jù)上述假設(shè)，蝸殼為矩形截面，寬度B保持不變，那么在角度的截面上的流量為： (3-31)代入式 (3-30) 后： (3-32)上式表明蝸殼的內(nèi)壁為一對(duì)數(shù)螺線，對(duì)于每一個(gè)，可計(jì)算，連成蝸殼內(nèi)壁?？梢杂媒谱鲌D法得到蝸殼內(nèi)壁型線。實(shí)際上，蝸殼的尺寸與蝸殼的張度A的大小有關(guān)令按冪函數(shù)展開(kāi)： (3-33)其中那么 (3-34a)系數(shù) m隨通風(fēng)機(jī)比轉(zhuǎn)數(shù)而定，當(dāng)比轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)，(3-34) 式第三項(xiàng)是前面兩項(xiàng)的10% ，當(dāng)時(shí)僅是 1